高炉喷煤在线监测系统的设计.pdf

《高炉喷煤在线监测系统的设计.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第6期张春堂等．高炉喷煤在线监测系统的设计695高炉喷煤在线监测系统的设计张春堂王军政王国栋(青岛科技大学自动化与电子工程学院，山东青岛266042)摘要设计了一种新型高炉喷煤检测装置和软件应用程序，采用微波法在线监测喷煤总管及各分支管道的煤粉浓度。阐述了高炉喷煤煤粉浓度监测的意义，分析了微波法基本测量原理，给出了检测仪的基本电路。关键词高炉喷煤煤粉浓度在线监测中图分类号TP274文献标识码A文章编号1000-3932(2011)06-0695-04高炉喷煤是现代炼铁工艺节能降耗的新技术，能够大幅度降低焦比，提高经济效益，减轻环境污染。高炉

2、喷煤就是从高炉风口向炉内直接喷吹磨细了的无烟煤粉、烟煤粉或两者的混合煤粉，以代替部分焦炭提供热量和还原剂。煤粉浓度的高低直接影响送风管道内风的均匀性、炉内燃烧工况的稳定性和锅炉的燃烧效率。若煤粉浓度过高、风速过低会引起送粉管堵塞以致造成圆周方向喷煤不均。因而寻找在线检测送粉管道中煤粉浓度的可靠手段有着重要的意义。随着高炉炼铁原燃料资源和节能环保形势的日趋严峻，提高高炉喷煤技术水平变得尤为重要。高炉喷煤的基本要求是煤粉喷吹稳定，喷吹量准确。喷煤在流体力学上属于气固两相流，是一种动态、非线性和时变的系统。这种流动的非连续性引起煤粉瞬间流量的波动

3、，主要体现在煤粉流量和煤粉状态的变化。检测的意义在于：总体掌握喷吹煤粉水平和各风向口喷吹煤粉的情况，煤粉的多少会影响到高炉的炉温走向；为控制总喷煤量和各风口喷煤量以及管道堵塞情况提供数据参考‘¨。采用非接触式微波技术，通过先进的多普勒原理来监测每只喷枪的煤粉流量及堵塞情况。被检测的介质数量(即煤粉浓度)与反射波幅度成正比例关系。检测到的反射波幅度越高，则煤粉浓度越高旧1。加之微波具有无需接触物体即可检测、抗干扰性强等特性；微波的使用能保证穿透传感器内部的材料，准确测量管道内煤粉浓度。现在生产上所用的微波监测装置多是采用PLC／DCS等复杂系

4、统，价格比较昂贵，但有的用户不需要复杂的功能。针对这种情况，笔者设计了一种简洁式的监测装置和软件系统，可灵活快速地实现对喷煤浓度的监测，并能够及时发现每支管道中堵管、空吹及均匀喷吹情况，给现场操作人员提供准确及时可靠的操作指导信息，保障了高炉安全运行。1系统的硬件设计与实现该系统是由微波探头、电源模块、检测放大电路、数据变送电路和RS232／485通讯模块组成的新型便捷式测量装置，其总体框图如图1所示。．医丑—匦巫歪卜_1亟}叶—]；IPIcl≯877I陌耍卜—獗磊藕虱——压西卜一卜位计算机卜一通信模块图1系统结构框图1．1微波法的原理及实

5、现微波是指频率范围为0．30—3000GHz的电磁波。广泛用于集群通讯、移动通讯、无线接入、卫星通讯、雷达和微波化学等方面"1。由发射天线发出的微波，遇到被测物时将被吸收或反射，使功率发生变化。若利用接收天线，接收通过被测物或由被测物反射回来的微波，并将它转换成电信号，再由测量电路测量和指示，就实现了微波检测过程。基于微波多普勒原理，被检测的介质数量(即煤粉浓度)与反射波幅度成正比例关系。煤粉来时、经过、远离微波源的反射波频率变化可反映管道内的流体的速度变化。传感器传送低功率收稿日期：2010-12-07化工自动化及仪表第38卷微波并接收物

6、体反射回的能量。微波反射频率与发射频率产生频差，从而在输出端产生一个低频交流电压。由于频差与固体颗粒物速度成正比所以微波传感器能够检测到运动介质的数量和流速(即煤粉浓度和流速)。运用多普勒效应的固体颗粒物检测装置可用收发合置构造(图2)。装置中产生的微波信号由发射／接受器投射到透明窗口中，对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收，所以本系统中窗口材料选择陶瓷密封片，而对于其他材料微波信号就不能传递及正确检测固体颗粒流量。图2微波探测仪示意图高炉内的煤粉流动属于气固两相流动，管道内离散相的尺寸、空间分布流动是随机的H1。本设计中采用的微

7、波探头是截锥喇叭状。在发射器的顶端安装耿氏振荡器，振荡器发射出频率恒定的微波，在碰到对面的输粉管内壁时，就垂直反射而回，反射的回波在输粉管内与流动的粉粒碰撞也将产生反射。同时波的多普勒效应将出现频率偏移，反射波也相应地具有不同幅值。因而煤粉浓度不仅可通过穿透微波信号的衰减而测得，也可通过直接反射的微波信号幅值而测得。在接收端装有肖特基二极管，将吸收的电磁波转换成相应的电压值”1。在微波探头的前方装有陶瓷密封圈，可以避免探头与煤粉直接接触，防止探头的污染、磨损，又不影响微波的发射接收。1．2数据采集电路数据采集电路的功能是检测变送，将传感器的

8、微弱电压信号加以放大，达到数据采集系统所要求的输入幅度。在这部分设计两级放大，第一级先将微波探头的微弱信号初步放大。在第一级运算放大器的反馈电路上，以拨码开关的形式设置可调电阻，